淺析微生物性抑菌劑與殼聚糖的協(xié)同抑菌機理

□ 班 碩 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 胡楠楠 孫永杰 尤麗新 長春科技學(xué)院生物食品學(xué)院

為了防止食品保存過程中腐敗變質(zhì)，人們常用防腐劑來對食品進行保鮮。目前大多數(shù)食品采用化學(xué)防腐劑，但是化學(xué)防腐劑在防腐保鮮的同時，會出現(xiàn)致癌中毒現(xiàn)象。所以安全性更高的天然防腐劑受到大眾一致好評。天然防腐劑對人體無毒害的，又能夠增加食品的風(fēng)味，因此天然防腐劑具有較高的研究價值。

植物來源抗菌、動物來源和微生物來源抗菌防腐劑是三種主要類型的天然抗菌防腐劑。微生物源天然抗菌防腐劑相對于植物來源抗菌防腐劑和動物來源抗菌防腐劑，抑菌范圍廣，穩(wěn)定性強。乳酸鏈球菌素、納他霉素和ε-聚賴氨酸是目前使用的主要微生物防腐劑。

乳酸鏈球菌素（Nisin），僅作用于大多數(shù)革蘭氏陽性細菌，對芽孢桿菌的孢子具有強烈的抑制作用，在中性和堿性條件下溶解度極低；納他霉素極難溶于水，對細菌和病毒幾乎不產(chǎn)生抑制作用；ε-聚賴氨酸易溶于水，安全性高，可抑制酵母，革蘭氏陽性菌和某些病毒的生長。

ε-聚賴氨酸可與其他天然抑菌劑如酒精、有機酸、甘油和甘氨酸組合使用，從而提高抑菌效果。乳酸鏈球菌素食用后在人體的生理pH條件和α-胰凝乳蛋白酶作用下很快水解成氨基酸，不會改變?nèi)梭w腸道內(nèi)正常菌群以及產(chǎn)生如其他抗菌素所出現(xiàn)的抗性問題，更不會與其他抗菌素出現(xiàn)交叉抗性。殼聚糖無毒，可生物降解、可再生，對許多細菌和真菌具有明顯的抑制作用。殼聚糖溶解在酸中并形成陽離子微生物絮凝劑，在絮凝過程中，殼聚糖能使細菌細胞聚集，使細菌表面的大分子鏈致密，形成一層高分子膜。殼聚糖會導(dǎo)致細菌膜上蛋白質(zhì)的流失，打開細菌細胞膜上的離子通道，影響細菌對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，影響代謝廢物的排泄，導(dǎo)致細菌代謝紊亂，細胞膜通透性變化，細胞膜功能隨著作用時間的延長而變化。

通過圍欄的原理，可以將不同類型的抑菌防腐劑組合在一起，根據(jù)不同防腐劑的抗菌活性，體現(xiàn)出不同的防腐劑組合的協(xié)同抑菌效應(yīng)，增強抑菌效果。

1 殼聚糖與乳酸鏈球菌素的協(xié)同抑菌作用

郭廣平的研究發(fā)現(xiàn)表明，殼聚糖和乳酸鏈球菌素協(xié)同具有更好的抗菌活性，其抗菌效果優(yōu)于單組分殼聚糖。研究表明，1%的殼聚糖可以提高乳酸鏈球菌素的抑菌穩(wěn)定性。值得一提的是，乳酸鏈球菌素的抑菌活性最適合pH值與殼聚糖的最佳抑菌pH值相符，pH值越小，殼聚糖和乳鏈菌肽的協(xié)同作用越明顯，抑菌效果越好。

2 殼聚糖與ε-聚賴氨酸的協(xié)同抑菌作用

殼聚糖可以被細胞膜上帶負電的物質(zhì)吸附，從而吸附到微生物上，并形成聚合物薄膜，影響營養(yǎng)物質(zhì)進入微生物細胞中；然后與ε-聚賴氨酸協(xié)同作用，直接與革蘭氏陰性菌的細胞膜反應(yīng)，破壞微生物的細胞膜，最終導(dǎo)致細胞死亡或抑制細菌呼吸。ε-多聚賴氨酸抑制微生物的逆轉(zhuǎn)錄并阻礙蛋白質(zhì)合成，從而達到殺菌的目的。ε-聚賴氨酸不僅是一種廣譜抗菌劑，還具有很高的抑菌效果，抗菌活性不受pH值的影響，可在人體內(nèi)分解，完全被人體消化吸收。此外，它具有良好的熱穩(wěn)定性并且在高溫（120 ℃，120 min）下不分解，并且可以與原料一起滅菌。吳海雙等研究表明含有5%ε-聚賴氨酸的ε-聚賴氨酸-殼聚糖/PE復(fù)合膜對鮮切茄子具有很好的保鮮作用。

3 ε-聚賴氨酸和乳酸鏈球菌素的協(xié)同抑菌作用

ε-聚賴氨酸和乳酸鏈球菌素的組合對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌具有協(xié)同抑制作用，其作用機制是乳酸鏈球菌素迅速破壞細菌的細胞壁和細胞膜，導(dǎo)致細胞通透性增強，然后ε-多聚賴氨酸進入細胞，與微生物的DNA相互作用，最終導(dǎo)致菌體死亡。

4 殼聚糖、ε-聚賴氨酸和乳酸鏈球菌素間的協(xié)同抑菌作用

殼聚糖、ε-聚賴氨酸和乳酸鏈球菌素這三種抑菌防腐劑在酸性環(huán)境中相互作用的機理可能使殼聚糖具有正電荷并且可以被細胞膜上帶負電的物質(zhì)吸附，從而吸附到微生物上，抑制微生物的生理活動，同時，殼聚糖可以在微生物細胞壁外形成聚合物膜，阻止微生物吸收營養(yǎng)物質(zhì)；反過來，可抑制微生物的生長、繁殖以及代謝廢物的排泄，導(dǎo)致菌體的新陳代謝紊亂。殼聚糖使細菌膜上蛋白質(zhì)缺失，細菌細胞膜上離子通道被打開，膜通透性發(fā)生了改變，乳酸鏈球菌素也是帶正電荷的正離子，其迫使微生物細胞膜內(nèi)外的電位平衡失調(diào)，然后ε-多聚賴氨酸進入細胞，與 DNA相互作用，最終導(dǎo)致菌體死亡。